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国内外数控等离子切割技术的发展趋势

2016-03-22 13:00:00
作者:王连仲 崔永元
原创
3863
摘要:数控等离子切割技术是集数控技术,计算机软、硬件技术,等离子切割技术,精密机械技术于一体的高新技术。发展数控等离子切割机可以彻底改变国内热切割行业的装备水平,扭转热切割工业目前存在的效率低,质量差,劳动强度大,材料利用率低,环境脏乱差的局面,缩小与国外先进国家的差距。同时,数控等离子切割技术的发展可带动相关领域和学科达到 国际先进水平。
一、概述 

数控等离子切割技术是集数控技术,计算机软、硬件技术,等离子切割技术,精密机械技术于一体的高新技术。发展数控等离子切割机可以彻底改变国内热切割行业的装备水平,扭转热切割工业目前存在的效率低,质量差,劳动强度大,材料利用率低,环境脏乱差的局面,缩小与国外先进国家的差距。同时,数控等离子切割技术的发展可带动相关领域和学科达到 国际先进水平。 

火焰切割、等离子切割和激光 切割是热切割的三种主要方式,其技术经济性对比如下表所示。

火焰切割具有切割变形大,适应不了高精度切割的需要,而且切割速度较低,切割前需预热,花费时间,难以适应无人化操作的需要。等离子切割具有切割范围宽,可切割一切金属板材和许多非金属材料,最高切割速度可达10m/min,是火焰切割的10倍。在水下切割能消除 切割时产生的噪声,粉尘、有害气体和弧光,有利于环境的保护,符合21世纪对环保的要求。目前随着大功率等离子切割技术的成熟,切割厚度已达130mm,采用水射流技术的大功率等离子切割已使切割质量接近激光切割 的下限(±0.2mm)。由于激光切割机价格昂贵,且目前只适合于薄板切割(通常厚板打孔时间长),而精细等离子切割机切割精度可达激光切割的下限, 切割表面质量近似,但切割成本远低于激光切割,约为其1/3,最大切割厚度可达12mm,因此用精细等离子切割机来取代价格昂贵的激光切割机,有利于以最经济的方式对用量较大的中、薄板实施高速精细切割。另外,数控等离子切割与自动套料编程软件配合可以提高材料利用率5%~10%,按年切割2000万t计,则年可节省钢材100~200万t,价值几十亿元。故在工业发达国家已出现以数控等离子切割机取代火焰切割机和激光切割机的发展趋势。因此,研究推广数控等离子切割技术具有重要的意义。 

二、我国数控等离子切割技术的发展 

我国数控火焰切割技术起步于20世纪80年代中期,而数控等离子切割机则更晚,大部分的数控等离子切割机以经济型机床(单片机为核心,步进电机为驱动元件)为主。国内曾经从事过数控切割机制造的厂家一度多达50多家,力量分散,许多厂家的前身都是焊割工具厂,技术基础差。在整个80年代,国内企业无论是产品结构还是生产规模方面都无力与国外企业竞争 。 

进入90年代后,国内的一些公司瞄准世界先进水平,不断开发研制数控切割机的新产品,而且有些产品的主要技术指标已达到国外同类设备的先进水平,同时随着市场经济的调控作用,目前国内生产数控切割机的厂家已调整到20几家。但综合实力较强且有竞争实力的只有梅塞尔切割焊接 有限公司、上海伊萨汉考克有限公司、哈尔滨华崴焊切成套设备有限公司、哈尔滨四海数控机械制造有限公司、深圳市博利昌数控切割设备有限公司、无锡华联焊割设备厂、北京百惠宏达科技有限责任公司等几家。他们一般都有自主科研开发能力,生产规模较大,产品规格齐全,品种多,质量较稳定,信誉度高。因此,在招标活动中往往取胜,单产量一般均在三四十台以上,有的甚至超过百台。当然有的企业虽然批量较小但也各有其特点,能适应不同企业的需求。 

国内一些数控等离子切割产品在许多方面已形成自身独有的特点,实现了“自动化、多功能和高可靠性”。在某些方面,产品的技术性能甚至超过了国外的产品,具体体现在: 

1.数控系统与等离子系统的电磁兼容技术 
这是数控等离子切割机成功的关键,只有解决了这一难题,才能实现数字控制下的等离子切割。 

2.符合热切割工艺要求的专用控制软件 

该类控制软件的特点如下: 

(1)采用图形输入方式,比代码输入更加直观,操作快捷方便。 
(2)中文界面,更适合中国国情。 
(3)输入方式多元化,所有调控指令化。 
(4)利用自动套料编程软件,可提高板材利用率10%左右。 

3.大功率等离子系统 

该系统具有100%暂载率和完备的数控接口、弧压接口、遥控接口,并提供全套的接口附件,从而实现与数控系统的紧密结合。 

三、国外数控等离子切割技术发展现状 

国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。其主要厂家有德国的伊萨(E SAB)、梅塞尔(MESSER),日本的田中(TANAKA)、小池(KOIKE),美国的L-TEC、林德(LINDA) 等。能够代表数控等离子切割技术最高水平的厂家集中在德国,德国伊萨的数控切割机是当今世界上品种最全,功能最多,水平最高,几乎包括了所有非接触式切割手段的数控切割机。 其中NEC520连续轨迹控制器与RPC600(单台或双台并联)水射流式等离子系统配合可以切割130mm以下金属板材;与HD3070精细等离子配合可对1~12mm金属材料实施高速(7.6m/min)和高精度(接近激光切割下限)切割。 

上述配置代表了数控等离子切割机的最高配置,其主要特点如下: 

(1)自动化切割即等离子切割的全部过程(如初始定位、引弧、穿孔、切割、调高、升降水等)均在数控指挥下完成,并可通过编程来修改其参数。 
(2)多功能即通过加挂不同附件增加数控机床 的柔性,为下道工序提供定位、焊接、储存基 础。例如打标记功能可提供安装和定位基准。等离子切割可进行X、V、Y和K形等坡口加工,且不仅可完成直线坡口还可完成曲线、圆弧形坡口,为焊接提供方便。 
(3)水下切割可有效地减小钢板热变形,充分抑制尘粉、弧光、噪声和飞溅。 

美国海宝公司的等离子系统代表着当今世界等离子系统的最高水平,其产品规格覆盖从普通等离子、水射流式等离子直至精细等离子等所有热切割用等离子系统。普通等离子电源输出电流为20~200A,切割厚度可达50mm以下;水射流式等离子电源输出电流最高可达1000A,切割厚度可达130mm以下;精细等离子电源输出电流最高可达100A,切割厚度可达12mm以下 ,其中精细等离子割缝宽0.65~0.75mm,与数控切割机配合可达±0.2mm的切割精度。 

四、国内在数控等离子切割技术方面与国外的差距 

国外发达国家切割行业90%为数控切割机下料,仅10%为手工下料,而我国用数控切割 机下料仅占下料总量的10%以下,其中数控等离子切割比例更小。绝大多数仍采用手工或半自动切割,笨重落后,劳动强度大,生产效率低,而且材料浪费严重,因此十分有必要发展并普及数控等离子切割机以改变这一落后现状。 

关于国产数控切割机与国外产品的差距,就数控火焰切割机而言,已无大的差距,性能也比较稳定,只是国产切割机为保证质量,一些主要部件如电磁气阀、减压阀、交流伺服系统等均采用进口件,目前国产件的质量仍然不稳定。数控等离子切割机总的性能也与进口设备相差无几,只是与数控等离子切割机配套的等离子电源与国外差距更大,目前很多用户都愿意用进口等离子电源就足以说明问题,因此发展数控等离子切割其相关技术也十分重要。 

总之,无论从切口质量、易损件的耐用度等国产与进口的仍有一定差距,因此要完全替代进口必须在基础件的生产上狠下功夫。 

五、市场及应用前景 

20世纪80年代初期以前数控切割机国内市场全部由国外切割机占领,80年代中后期国产数控切割机才逐步生产出并投放市场,90年代初随着国产数控切割机的发展,市场的迅速扩展,迫使国外企业到国内来发展,切割机的价格也大幅度下降。90年代后期由于国产数控火焰切 割机质量已趋稳定,价格也较前几年大幅度下降,因此已逐步取代了进口机。 

随着我国工业向现代化迈进,国内市场对数控切割机的需求逐年增大,加之国外发达国家由于已有大量数控火焰切割机正在使用,故数控等离子切割机的普及受到一定制约,而我国数控切割机技术起步和应用较晚,形成供需缺口,导致我国数控切割机特别是数控等离子切割 机的潜在市场巨大。 

据统计,近几年我国每年数控等离子切割机的市场需求约为500台,而且有逐年增长的趋势,我国周边地区的经济发展又为我们展现了良好的国际市场前景。目前数控等离子切割机的发展趋势应向全自动、多功能、大功率及高质量等方向发展。 

六、结语 

21世纪我国的数控切割行业面临各种新的挑战,国际市场竞争更加激烈。我们应瞄准世界先进水平,不断开发研制新产品,带动国内同行业技术水平的普遍提高,只有这样才能淘汰低档、劣质产品,净化市场,带动行业厂家转变经营理念;同时在加强科研开发、技术创新与质量管理上下功夫,使我国数控切割行业迅速达到世界先进水平,从而振兴民族工业,提高 我国的综合国力。 
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